一、引言
4 ~6 a2 D F3 v. f% e随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式---无验潮水下地形测量应运而生，因其具备全天候、精度高、作用距离远、效率高的特点，与传统的测量方式相比有着巨大的优势，极大地提高了工作效率，被广泛的应用于各种工程测量之中，本文结合实践经验，介绍无验潮水下地形测量方法及应用。
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- ~% r# L( b+ Y& x二、测深仪的原理- A/ L/ j$ P9 ]0 Y- {+ \3 h7 S
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, e+ W& b |: d& E- H; X, Y利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象，利用超声波换能器（探头）发射超声波，测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量水深。 声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：Z = Vt/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为水深。
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- p/ ]; [1 T. T5 X三、无验潮水下地形测量基本原理
/ }* e5 D; B; k8 V8 l3 F! e" [水下地形测量的主要任务是确定水下某一点的泥面标高，即下图A点的平面坐标(X, Y,Z) 普通的DGPS测量的高程值h0精度比较差，满足不了要求，为了解决水下地形测量，在精度要求不高的地方需要人工的方法检验潮位，这就是常规的验潮方法。
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9 U! e7 m E9 f说明：" l7 W+ _" K% {. a* Z! s
h为GPS天线到水面的距离（即天线高）。
9 p. Y% u& W6 D sa为吃水。
# I. r1 c$ }' {9 u5 g m' Wb为换能器杆子的长度（常数）。
8 H$ Q, m! N' ^# U1 N3 D6 \s为换能器底部到水底的深度。$ g# V' e4 X/ y4 A2 X3 M; s2 _$ f/ {
H为水深。
) Z$ v, i3 n! ?h0直接由RTK实时测得。" s# }& X! q) s3 V5 Y- A
另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即为常说的水位。
3 v/ S( Y3 E2 l# ~" o! ^如上图所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相关，与潮位无关，从而达到无验潮效果。" M, i3 Y2 W3 [
; K( ~! l9 L: N2 p" u$ V a& s2 f四、水下地形测量要求及设备& J- q7 b' S4 G8 }, K7 N9 a
水下地形测量的工作主要由RTK接收机、 数字化测深仪 、内置导航软件等组成。为满足码头施工的需要，根据项目设计要求，需对该水域进行1:500水下地形图测量。. _1 h' j0 u" o) `6 x* M
作业采用的仪器设备软件有：
( a4 ^+ [- n2 T' I' q6 }华测X91GNSS(1+1) 6 {6 y$ |/ B5 E) w* y1 F( a
华测D330单频测深仪
^, Q$ B {2 x$ P5 _& O4 {& Y华测Hydronav导航软件
+ t3 K+ X8 O7 E" rAUTOCAD辅助成图系统 , H- D% V" E' _6 {& p5 m- U
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五、水下地形测量的具体实施9 ?% C% T! t! t0 W8 L" h" X( R5 T
水下地形测量分三部分：前期的准备工作，外业数据采集，内业处理及成图输出。* _- K: D9 q2 o7 y
1、前期的准备工作。* A& d* U6 p1 I+ K) g
a. 控制点数据的收集，施工区域位置的确定，施工区域计划线的绘制。
- A8 L; A! @1 J& M! g3 i! @4 Qb. 测深仪换能器的绑扎，换能器一般绑在距离船尾1/3为宜，吃水深度以超过0.5米为佳。 2 q _: `/ x" \7 Z- `- S) n9 e
c. 任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。
. q1 k2 }" w9 C5 Fd. 施工区域计划线的绘制。 8 D5 ?; }$ m$ h* p* {. d' ?# B7 B
}. u- Y5 f& F" @% J$ ?如下图按1:500的要求，将施工区域按5米间隔将整个区域分布好。1 \$ [) |$ n/ F7 e) ^ v4 i
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' u$ j! _* N7 C9 ?% j2、外业的数据采集# W9 s1 t) T8 | f0 o7 ^
a.RTK作业：将GPS基准站架设在固定的位置，启动基准站，用移动站采集控制点坐标，进行点校正，再找另外一个控制点进行比对，检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。, T: g, H3 O3 ~, r v, v7 |) J
b.测深仪水深的比对：在进行水深记录之前，需进行水深的比对工作，调节测深仪的声速，确保测量深度在误差范围内（一般在静水条件下，用比对板在不同的深度进行比测，也可用测深锤比对，通过调节声速，达到要求）。; t' @/ s V( a* y9 r- O7 {' q
c.RTK和测深仪的联机调试：
! Z7 |$ ?! u$ F2 G4 i# k8 V( k（1）将RTK接收机通过数据线连接上D330测深仪,设置好GPS和测深仪的数据格式，通过串口调试助手将信号连接通。1 A! L7 r. q' F$ e- i, s/ k
（2）坐标的检测：将RTK点校正的参数输入到导航软件中，检测软件显示坐标和手簿显示的坐标是否一致（注意：设置好天线高后导航软件显示的高程即为水位），检测合格后方可进行数据采集。
( J- r8 I1 v5 T: nd.数据的采集和保存
# y: F: D1 Z/ C$ h2 Z（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。
% B' n) y- Q# ? S（2）打开导航软件，按设计好的计划线，按2米一个点进行数据采集，采集结束后保存。
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3、内业处理及成图输出- j$ f, }* o' b4 O
a.内业处理：将记录好的原始数据，通过数据取样，去掉有粗差的水深点，通过后处理软件生成坐标数据文件,数据格式为（点号，X,Y,Z）。& g* z5 G, J) G; t
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# C+ M5 j/ Q% t6 K. d& z. kb.成图输出：将通过内业处理好的坐标文件通过绘图软件，直接可以显示位置信息，生成等高线，断面图，三维立体效果图，并可进行土方量的计算和统计。% K3 K1 h+ z6 ^4 A( b9 G/ q
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! ?; @, d. b6 B5 Y$ w6 H六、成果的检验
1 j9 ~: P1 G% ? Y( [1 b2 |同一地方不同方式比较：在距离码头1公里位置设立自动潮位仪，人工验潮的方式，对同一段进行3次水深测量，无验潮方法测得的数据经过比对，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉测量：在测量的时候先纵向测3条线，再横向测3条线，其中位置相交的地方进行水深比较，水深互差在0.1米之内。
8 t) X9 t9 c) w) R七、无验潮水下地形测量的优点1 }6 z7 E+ a/ Q' D. M
1、无须验潮数据，减少工作量。验潮法需要专人测量水位，建立验潮站或者花钱从水文部门获取水位数据。1 e& n \% V+ i& f$ \% D+ c2 N
2、每个水位与GPS通过软件自动同步，极大提高精度，GPS数据更新速度达 10 Hz ，每个水深点都对应的水位值，无须内插或外推。
! e9 O) B- l" \& y' N2 l- U) a: K7 w3、减少波浪等引起的误差。验潮法测量中由于波浪影响，换能器上下起伏使得测的水深有误差，在数据处理时无法消除，而无验潮法是通过GPS天线高程来推算水下高程的，天线与探头的相对位置固定，船舶的上下波动跟结果无关。; g& K4 k. ]7 D/ H0 h& m5 ?
4、数据处理方便、快捷。无验潮采集的数据全部集中在一个文件里面，无需输入潮位信息，即时能进行后处理，编辑水下地形图或断面图。
$ R8 W. e8 f8 k7 ]1 V八、结束语
! g5 V7 R; B5 x, X0 h9 X利用测深仪无验潮技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、，极大的提高了生产效率，结合华测的Hydronav导航软件，真正实现了全自动测量。值得在水深测量乃至其它水下地形测量中大力推广应用。
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